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A Turnkey Data Logger Program for Field-Scale Energy Flux Density Measurements Using Eddy Covariance and Surface Renewal

Shapland Thomas M. McElrone Andrew J. Tha Paw Khaw U. Snyder Richard L.
Articolo Immagine
ISSN:
2038-5625
Rivista:
Italian Journal of Agrometeorology
Anno:
2013
Numero:
1
Fascicolo:
Italian Journal of Agrometeorology N.1/2013

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I metodi micro-meteorologici e le misure dei flussi di massa e di energia alla scala di ecosistema hanno recentemente acquisito importanza nelle scienze agrarie, del suolo e dell’ambiente. Queste tecniche sono relativamente inaccessibili ai molti ricercatori che non abbiano una preparazione tecnica in meteorologia. Eddy covariance, surface renewal e altri metodi per la misura dei flussi richiedono familiarita’ con i fondamenti della meteorologia dello strato di confine atmosferico ed una profonda conoscenza della strumentazione e dei programma di analisi dei dati. In questo articolo presentiamo un programma open source pronto all’uso per l’acquisizione e l’analisi di dati, che fornisce come risultato una semplice tabella con i flussi di energia corretti ed i parametri di controllo dei dati. La teoria alla base delle misurazioni è brevemente discussa e la struttura e l’esecuzione del programma sono descritte linea per linea. I dati sono stati acquisiti su una coltura di frumento ed i risultati del programma sono stati validati in comparazione con altri programmi di analisi di dati di flusso, fra cui EdiRe e R. I flussi del bilancio energetico appaiono ragionevoli per le condizioni di bel tempo del periodo di raccolta dati. I valori cumulati giornalieri di evapotraspirazione, provenienti dalla torre di misura dei flussi e dal datalogger, mostrano un’ottima corripondenza con i dati misurati da un lisimetro a pesata di precisione. Il programma per datalogger può essere scaricato dal sito: sites.google.com/site/tmshapland. Parole chiave: flussi atmosferici nello strato di confine, bilancio energetico, evapotraspirazione, flusso di calore latente, micrometeorologia, sistemi di misura online.

Micrometeorological methods and ecosystem-scale energy and mass flux density measurements have become increasingly important in soil, agricultural, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Eddy covariance, surface renewal, and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data processing programs. In this paper, we present an open-source turnkey data logger program that performs flux data acquisition and post-processing, returning to the user a simple data table with the corrected energy balance fluxes and quality control parameters. The underlying theory of the flux measurements is briefly discussed and the program design and execution are described line by line. Data were collected over a wheat canopy and the program results were tested against other flux processing software, including EdiRe and R. The energy balance fluxes appear reasonable for the fair weather conditions found during data collection period. The daily cumulative evapotranspiration values from the flux tower and logger program show strong agreement with measurements from a precision weighing lysimeter. The logger program can be accessed at sites.google.com/site/tmshapland. Keywords: atmospheric surface-layer fluxes, energy balance, evapotranspiration, latent heat flux density, lysimetry, micrometeorology.